Нанотрубки DEALTOM

Многослойные углеродные нанотрубки DEALTOM (MУНТ, multi-wall corbon nanotubes, MWCNT) представляют собой углеродные квазиодномерные наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита цилиндрической формы с внутренним каналом.

Нанотрубки Dealtom не требуют очистки от других форм углерода (сажи), не имеют повреждений поверхности и предназначены для модификации композиционных материалов и элементов электроники в химической, нефтеперерабатывающей, строительной, лакокрасочной, электронной промышленности, а также в качестве сорбента нефтепродуктов.

Единственным производителем углеродных нанотрубок DEALTOM является Научно-производственное предприятие «Центр нанотехнологий», в распроряжении которого имеется цех производства, включающий опытно-промышленную установку для синтеза многослойных углеродных нанотрубок DEALTOM по оригинальной технологии, производительностью 5 тонн/год, а также лаборатория углеродных наноматериалов.

Часть сотрудников НПП «Центр нанотехнологий» (О.В. Демичева, Алексеев А.М., А.Г. Томишко и М.М.Томишко) являются разработчиками технологии УНТ DEALTOM.

Параметры МУНТ

По данным заключения «Роснано», многослойные углеродные нанотрубки без очистки DEALTOM (непосредственно после реактора) представлены в виде порошка.

Порошок состоит из нанотрубок в основном двух размеров Dout = 49,3 ±0,45 нм 72,0±0,45 нм – положение максимума функции распределения по внешнему диаметру нанотрубок, построенной на основании данных ПЭМ.

Условные обозначения

• W out =27% 9% – оценка полуширины функции распределения по внешнему диаметру (в процентах от D out ), сделанная на основании данных ПЭМ.

• D in = 13,3±0,45 нм – положение максимума функции распределения по внутреннему диаметру нанотрубок, построенной на основании данных ПЭМ.

• W in =74% - оценка полуширины функции распределения по внутреннему диаметру (в процентах от D in ), сделанная на основании данных ПЭМ.

• L =5 мкм – грубая оценка верхней границы длины нанотрубок, сделанная на основании данных РЭМ. Высокая температура начала сгорания косвенно свидетельствует о малой степени дефектности нанотрубок T =517±2оС – аппроксимированная температура начала сгорания углеродных нанотрубок. Δ Т= 307 ±2оС – диапазон температур, в котором происходит полное сгорание углерода.

• Cash= 3,52±0,2 масс.% – содержание несгораемого до 1000 оС остатка (зольность)- остатки катализатора.

• Cnon –CNT =0,65±0,08масс.% – содержание неструктурированных форм углерода, сгорающих до начала сгорания УНТ.

• S=97,55±0,02м2/г – удельная площадь поверхности, определенная методом ВЕТ.

Многослойные углеродные нанотрубки Деалтом интеркалированы наночастицами Ni размером ~ 10 нм, за счет этого УМНТ являются магнитно-мягким ферромагнетиком с низкой остаточной намагниченностью.

Магнитные характеристики порошков МУНТ

Магнитные свойства статистически распределенного ансамбля МУНТ Деалтом в пределах образца испытания имееют следующие пики распределения:

Сепарацию по магнитным свойствам предприяттие не производит. 

Технология изготовления

Многослойные углеродные нанотрубки Деалтом синтезируются по оригинальному методу НПП «Центр нанотехнологий» — низкотемпературный термокаталитический пиролиз углероводородов, позволяющий создавать углеродные нанотрубки низкой себестоимости.

Метод основан на превращении углеродсодержащих газовых выбросов (метан, пропан, бутан) в многослойные углеродные нанотрубки без примесей других форм углерода.

Термодинамический анализ возможных химических процессов позволил точно рассчитать технологические параметры (температура, давление, соотношение реагирующих компонентов и т.д.) и материально-тепловые балансы и правильно оценить технико-экономические показатели химического процесса, поэтому нанотрубки непосредственно после реактора без примесей других аллотропных форм углерода, не требуют очистки от аморфного углерода (сажи).

Применение

По своим химическим, физическим и механическим свойствам МУНТ Dealtom подходят для модифицирования любых композиционных материалов с целью улучшения потребительских характеристик и увеличения ресурса работы. Нанотрубки Dealtom характеризуются очень высокой твердостью и коррозионной стойкостью (не растворимы ни в «царской водке», ни в крепких щелочных растворах), что позволяет использовать их в качестве материала, пригодного для  работы в агрессивных средах. Большая поверхность разработанного материала обеспечивает его высокую адсорбционную способность. Он может быть использован в качестве адсорбента для поглощения сероводорода, диоксида серы, RSH(меркаптанов), дисульфидов, диоксина, хлора, фтора, и др.

Композиционные материалы (КМ), потребительские свойства которых возможно улучшить путем модификации МУНТ Dealtom (создать новый продукт):

• Лакокрасочные (улучшение адгезии, прочности, теплопроводности, создание антистатических, электропроводных, с пониженной горючестью, люминисцентных КМ);
• Покрытия полимерные, металлические, керамические и пр.(создание защитных, антикоррозийных, огнеупорных, электропроводных, теплопроводных, антистатических, энергосберегающих, люминисцентных КМ);
• Клеи, герметики (улучшение прочности, износостойкости, адгезии, в том числе для несклеиваемых материалов (тефлон, полипропилен, полиэтилен), температуростойкости);
• Бетон (увеличение прочности, пластичности), плиточный клей (увеличение адгезии к склеиваемой поверхности);
• Катоды и электроды, в том числе автокатоды (электротехника и электроника) (увеличение прочности, электропроводности, теплопроводности, создание автоэмиссионных катодов);
• Теплопроводные пасты – интерфейсы (увеличение теплопроводности на порядок)
• Все полимерные материалы (ПМ):
   - Термопласты (увеличение прочности, теплопроводности,создание антистатических, электропроводных, полимерных материалов с пониженной горючестью, для производства молниезащитных устройств, уменьшение коэффициента трения при определенном формовании ПМ);
   - Реактопласты (увеличение трещиностойкости, эластичности, прочности, температуростойкости, теплопроводности, создание антистатических, электропроводных ПМ, ПМ с пониженной горючестью, ударопрочных (для производства пуленепробиваемых жилетов), а также для производства молниезащитных устройств. В том числе резинотехнические изделия шины –  увеличение износостойкости. 

Энергетика, в том числе альтернативная:

• Суперконденсаторы (электропроводность выше меди, разветвленная поверхность);
• Солнечные батареи (электропроводность выше меди, теплопроводность на два порядка выше других материалов, кроме графена); 
• Литиевые батареи (электропроводность выше меди, разветвленная поверхность, коррозионная стойкость (НТ не растворимы ни в «царской водке», ни в крепких щелочных растворах);
• Контейнеры для водорода (высокая сорбция, взрывобезопасность);
• Металлические провода (увеличение прочности и электропроводности);
• Контакты без искр; 

Экология 

• Многоразовые адсорбенты (сорбция нефтепродуктов, и пр. очистка нагревом, большая поверхность НТ обеспечивает их высокую адсорбционную способность, адсорбент для поглощения сероводорода, диоксида серы, RSH (меркаптанов), дисульфидов, диоксина, хлора, фтора, и др. )
• Многоразовые фильтры (высокая твердость и коррозионная стойкость (не растворимы ни в «царской водке», ни в крепких щелочных растворах). Это позволяет использовать их в качестве материала, пригодного для работы в агрессивных средах.

Медицина

• Сращивание костей и хрящей (работает внутренний канал НТ – супертекучесть).
• Контейнер для доставки лекарств в нужный орган (сорбция и магнитные свойства).
• Режущий наноинструмент.
• Микроносители генов для генной инженерии. 

Другие

• Увеличение на два порядка ресурса службы штампов и отрезных инструментов.
• Шлифовальный порошок.
• Демпфер (материал, который гасит удар даже при высоких скоростях и силах).

Результаты применения

МУНТ прошли апробацию в качестве наномодификатора клеевых составов, краски на металл, теплопроводных паст, получены опытные образцы, положительные отзывы производителей и заключения сертификационных центров.

Например, клеевые составы после введения DEALTOM увеличили в 2 раза свои прочностные характеристики, адгезия к металлу краски — в 1,5-2 раза выше по сравнению с исходной краской, В 2,5 раза возросла теплопроводность лакокрасочных покрытий и так далее.

Многослойные углеродные нанотрубки DEALTOM не имеют примесей других форм углерода и повреждений поверхности.

По своим химическим, физическим и механическим свойствам DEALTOM подходит для модифицирования любых композиционных материалов с повышенными потребительскими характеристиками. В частности, нанотрубки DEALTOM характеризуются очень высокой твердостью и коррозионной стойкостью (не растворимы ни в «царской водке», ни в крепких щелочных растворах), что позволяет использовать их в качестве материала, пригодного для работы в агрессивных средах.

Большая поверхность разработанного материала обеспечивает его высокую адсорбционную способность. Он может быть использован в качестве адсорбента для поглощения сероводорода, диоксида серы, RSH(меркаптанов), дисульфидов, диоксина, хлора, фтора, и др.

Успешные испытания — важный результат

• Углеродные нанотрубки DEALTOM прошли апробацию в качестве наномодификатора клеевых составов, краски на металл, теплопроводных паст, получены опытные образцы, положительные отзывы производителей и заключения сертификационных центров.
• Клеевые составы после введения DEALTOM увеличили в 2 раза свои прочностные характеристики, адгезия к металлу краски — в 1,5-2 раза выше по сравнению с исходной краской.
• Теплопроводные пасты после испытания на процессоре Pentiumпоказали увеличение теплопроводности более 40 % относительно выпускаемых паст.
• В 2,5 раза возросла теплопроводность лакокрасочных покрытий.Эксперимент показал возможность использования УНТ DEALTOM в качестве наноармирующей добавки, повышающей адгезию к таким материалам, как тефлон, полиэтилен, полипропилен и увеличивающей электро- и теплопроводные свойства композитов.

Сотрудниками предприятия были выполнены в качестве основного исполнителя:

Государственные контракты в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»:

ГК № 02.435.12.2001 от 01 марта 2006 г. «Создание наносенсора, работающего на одновременной регистрации четырех электрофизических параметров и исследование его свойств»;

ГК № 02.513.11.3173 от 20 апреля 2007 г. «Оптимизация технологических процессов синтеза углеродных нанотрубок различных модификаций и создание на их основе функциональных элементов наноэлектроники»;

ГК № 02.740.11.5074 в 2009 г. по теме: «Разработка экологического и экономичного химического метода осаждения металлических нанослоев». Заказчик - Федеральное агентство по науке и инновациям;

ГРАНТ РФФИ № 06-08-01162-а «Конструирование и исследование триботехнических и физико-механических свойств новых композиционных полимерматричных материалов с наноструктурными наполнителями для экстремальных условий их функционирования» ;

В качестве соисполнителя:

ГК от 10.10.2007г. №АВ/07/587/РГА/к, заключенного с Роспромом НИР по теме: «Исследование влияния наполнения эпоксидных пленок многостенными углеродными нанотрубками с целью получения армированных нанокомпозитов (лопатка вентилятора), обладающих повышенными механическими свойствами»;

ГК от «13» августа 2009 г. №02.523.12.3024 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» опытно-конструкторские работы по теме: «Разработка радиационных технологий получения и организация опытного производства нового поколения нанокомпозиционных полимерных материалов с углеродным наполнителем с уникальным сочетанием физико-химических свойств»;

ГК № 14.513.11.0110 в 2013 году по теме «Новые функциональные модификаторы на основе углеродных многослойных нанотрубок, для улучшения эксплуатационных и физико-механических свойств покрытий для дорожной разметки», Заказчик - Министерство образования и науки Российской Федерации.

Все проекты получили положительное заключение мониторов.

Во всех проектах разрабатывались материалы и устройства на основе углеродных нанотрубок, синтезированных авторами.